【摘要】：采用ANSYS非線性接觸分析方法,考慮層理效應并應用于重慶四面山隧道V級砂泥互層段進行圍巖穩(wěn)定性分析及初期支護優(yōu)化.研究表明:隧道開挖后拱頂下沉值為水平收斂值1.5~2.0倍,拱肩處錨桿受力較拱頂處大,拱腰及拱腳處錨桿幾乎不受力;根據(jù)水平軟硬互層隧道開挖后圍巖變形及支護受力特點,優(yōu)化錨桿支護,得出砂泥互層施工段可將與巖層夾角小于35°范圍的錨桿取消.在原有方案及優(yōu)化方案施工段進行現(xiàn)場測試,結果顯示模擬及優(yōu)化數(shù)值與測試值基本符合.研究成果可在類似隧道施工中推廣應用.
【圖文】：

平方向豎直方向未考慮層理２．１１４８．００考慮層理３．２２５１．３０２．２層理變形分析在隧道開挖前后，層理自身位移場也發(fā)生了變化．如圖２（ａ）和（ｂ）中，開挖前層理在地應力作用下最大滑移量為０．０１６９ｍｍ，隧道開挖后層理最大滑移量為０．２６７ｍｍ，為開挖前的１５．８倍，變化明顯．圖３（ａ）和（ｂ）中，開挖前層理最大剝離量為０．０９２６ｍｍ，開挖后最大剝離量為０．９３８ｍｍ，為開挖前的１０．１倍，變化相對較小，層理滑圖２開挖前后層理位移場變化圖３開挖前后層理黏結剝離（色標單位：ｍｍ）移較黏結剝離更易受隧道開挖影響．隧道開挖后，層理位移場最大值均出現(xiàn)在隧道開挖區(qū)域附近，這是因為隧道開挖使得隧道附近巖體層間受應力重分布影響最大，離隧道開挖區(qū)域越遠，層理的位移場受隧道開挖變形影響越�。梢娝淼篱_挖過程中由于層理的存在，導致了周邊圍巖層間錯動和變形擠出等破壞現(xiàn)象發(fā)生［１５］．２．３圍巖位移場分析采用非線性接觸分析方法，考慮軟硬互層圍巖層理效應，對四面山隧道Ｖ級砂泥互層段開挖圍巖變形及初期支護受力進行分析．隧道開挖位移場模擬結果如圖４所示，隧道水平方向最大位移為３．２２ｍｍ，發(fā)生在拱腰與拱腳處．隧道開挖后水平收斂值為６．４２ｍｍ，拱頂最大沉降量為１１．３３ｍｍ，拱底由于隧道開挖產生底鼓，位移為正值，底鼓最大量為８．２５ｍｍ．可見：在軟硬互層圍巖中進行隧道施工，水平收斂值較小，而拱頂下沉量更大．隧道開挖后應力場變化結果如圖５所示，最大主應力最大值為１．８４ＭＰａ，出現(xiàn)在拱底處；最小

圖４隧道開挖位移場（色標單位：ｍｍ）圖５隧道開挖應力場（色標單位：ＭＰａ）軸力最大值為２８１０ｋＮ，出現(xiàn)在拱肩處．對應襯砌所受最大壓應力為９．８ＭＰａ，最大拉應力為０．９ＭＰａ．Ｃ２０噴襯的抗壓強度設計值為１１．０ＭＰａ，抗拉強度設計值為１．１ＭＰａ．可見：襯砌受力處于正常范圍．圖６襯砌軸力圖（色標單位：ＭＮ）錨桿所受軸力分布如圖７所示，錨桿受力分布對稱．錨桿近端受力大，遠端受力相對更�。硗�，隧道拱肩處錨桿軸力最大，且大于拱頂處錨桿圖７錨桿軸力分布圖（色標單位：ｋＮ）軸力，最大值為９７．６ｋＮ．拱腰處錨桿受力相對更小，支護作用效果很小，最小值為１７ｋＮ．由于拱腳處錨桿受到了土體向下的摩擦阻力，因此該部位錨桿受壓，壓力最大值為１９ｋＮ，數(shù)值較�。^桿最大拉應力為７３．７ＭＰａ，，鋼筋抗拉強度設計值為１３０ＭＰａ，錨桿受力在正常范圍．可見：Ｖ級砂泥互層隧道開挖后圍巖變形及應力穩(wěn)定，初期支護受力滿足要求．３錨桿支護優(yōu)化結果分析由上述分析得出：隧道水平收斂數(shù)值較小，且拱腰及拱腳處錨桿支護作用很小，目前采取的錨桿支護方式偏保守．結合水平軟硬互層圍巖特點，進一步對隧道相應位置的錨桿數(shù)量進行優(yōu)化，觀察襯砌及錨桿結構整體的受力變化．錨桿與巖層夾角（θ）對襯砌及錨桿最大軸力（Ｆｃ和Ｆｍ）影響如圖８所示．結果顯示：當把與巖層夾角小于４０°的錨桿全部取消以后，襯砌及錨桿的最大軸力數(shù)值均發(fā)生了突變，且襯砌最大軸力達３１３０ｋＮ，對應壓應力為１１．７ＭＰａ，超出了Ｃ２０噴射混凝土本

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